Purpose: This paper aims to investigate the effect of fatigue behaviour on fracture in the 4th gear (helical gear) of a pick-up truck. Design/methodology/approach: Fracture on the failed helical gear is characterised through metallographic and fractographic analyses. Mechanical testing and finite element simulation are employed to assess the factors contributing to the gear failure. Findings: The microstructure observed in the case layer was martensite, leading to a hard and brittle surface due to carburising. Failure initiated at the crack origins and then propagated to the instant fracture zone in the core of the gear tooth. Multiple crack origins accelerated the development of ratchet marks, attributed to the high intensity of stress exerted on the workpiece and ultimately leading to a substantial final overload zone. Hardness decreased with increasing depth of the gear surface due to the effects of carburising and hardening treatments. Stress was initiated from the contact stress on the gear tooth surface and transformed into bending stress along the central axis of the gear. The contact stresses became critical when the torque surpassed the contact strength of the material. Research limitations/implications: Simulation samples must be experimentally validated to improve the results. Practical implications: Metallographic and fractographic analyses are crucial in elucidating the wear mechanisms in mechanical components. Additionally, finite element analysis can indicate the influence of stress on the mechanical part, providing insights that can effectively guide the limiting transmission power to ensure extended service life. Originality/value: Cost reduction, time for analysis, and finding the root causes of the problem should be conducted to improve the implementation process, leading to high product quality.
The paper proposes a new method for calculating the service life, wear and contact pressures of metal-polymer gear drives with a correction profile. The effects of height and angular modification in a gear drive made of dispersive glass fibre-reinforced polyamide and steel on its contact and tribocontact parameters are determined. A numerical solution obtained for the gear with height correction has shown that the life of such gear is the longest when the profile correction coefficients x1 = −x2 = 0.1. It has been found that the service life of the gear with angular correction is shorter than that of the gear with correction height. The effects of gear tooth height and angular correction on maximum contact pressures and pinion wear are examined and determined.
PL
Predstawiono opracowaną nową metodę obliczeniową resursu, zużycia oraz nacisków stykowych przekładni walcowej metal – polimerowej z korekcja uzębienia. Dla przekładni z kołami zębatymi z poliamidu wzmocnionego dyspersyjnym włóknem szklanym i stali zostało przeprowadzone oszacowanie wpływu korekcji technologicznej oraz konstrukcyjnej uzębienia na wskazane parametry kontaktu oraz tribokontaktu. Na podstawie numerycznego rozwiązania zagadnienia dla przypadku korekcji technologicznej zębów kół określono, że największa trwałość przekładni będzie, gdy współczynniki korekcji x1 = −x2 = 0.1. Ustalono, że wtedy przy korekcji konstrukcyjnej zębów trwałość przekładni będzie mniejsza nieżeli przy korekcji technologicznej. Został przebadany charakter wpływu korekcji technologicznej oraz konstrukcyjnej zębów na maksymalne naciski stykowe, zużycie zębnika oraz ustalono jego prawidłowości.
The article presents designing of gearboxes using Inventor Professional 2017 and the ability to implement these projected models to the Simulation Mechanical 2017. For comparison there were design purposes transmission gears as: spur gear with straight teeth and worm gear. The results of calculations and parameters of the transmission gears are presented in tabular form. Shown dynamic analysis-nonlinear allowing to examine the transmission gears for endurance.
PL
W artykule przedstawiono proces projektowania przekładni przy pomocy programu Inventor Professional 2017 oraz możliwość zaimplementowania tychże modeli do programu Simulation Mechanical 2017. Dla celów porównawczych zaprojektowano przekładnie: walcową (o zębach prostych), a także przekładnię ślimakową. Wyniki obliczeń oraz parametry przekładni przedstawiono w postaci tabelarycznej. Przeprowadzono analizę dynamiczną-nieliniową pozwalającą na zbadanie przekładni pod kątem ich wytrzymałości.
Using an innovative method for determining wear and life of toothed gears, the author investigates the effect of teeth meshing in a mixed (double-single-double) tooth engagement of cylindrical helical gears on their contact strength, wear, and service life. The paper also presents a method for determining zones of double and single tooth engagement. It is found that gear profile correction leads to a reduction in maximum contact pressures by about 15–20%, depending on the applied type of correction. The distribution of pressures greatly depends on the conditions of tooth engagement. The wear of teeth is also significantly affected by their meshing conditions. Depending on the type of correction applied and its coefficients, the allowable limit of gear tooth wear will occur at different points of contact: at the beginning of double tooth engagement and at the beginning or end of single-tooth engagement. It is show that the service life of gears can be considerably prolonged if optimum correction coefficients are applied. Specifically, height correction increases the gear life by 1.66 times while angular correction prolongs the service life of gears by up to two times.
PL
Na podstawie autorskiej metody obliczenia zużycia warstwy wierzchniej na wysokości czynnej zębów i trwałości przekładni zębatych przeprowadzono badania wpływu warunków interakcji zębów z uwzględnieniem parowości ich zazębienia w walcowej przekładni zębatej o zębach skośnych. Rozważono także wpływ korekcji technologicznej (P-O) i konstrukcyjnej (P) na wytrzymałość kontaktową, zużycie oraz trwałość. Przedstawiono sposób określenia stref występowania dwuparowego oraz jednoparowego zazębienia. Ustalono, że korekcja zazębienia powoduje obniżenie maksymalnych nacisków stykowych w granicach 15–20% zależnie od jej rodzaju. Rozkład nacisków w znacznym stopniu zależy od warunków zazębienia zębów. Na przebieg zużywania zębów znacząco wpływają warunki ich interakcji. W zależności od wartości współczynników korekcji oraz jej rodzaju zużycie dopuszczalne zębów koła zębatego wystąpi w różnych charakterystycznych punktach styku: na wejściu w zazębienie dwuparowe, na wejściu lub wyjściu z zazębienia jednoparowego. W wyniku rozwiązania numerycznego ustalono również, że resurs przekładni przy wyborze optymalnych wartości współczynników korekcji może ulec znacznemu podwyższeniu: przy korekcji technologicznej do 1,66 razy, a przy korekcji konstrukcyjnej ok. 2-krotnie.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Zbadano wpływ sposobu modyfikacji głowy zęba na naprężenia kontaktowe w zakresie zazębienia pary zębów kół walcowych w obszarze ograniczonej wytrzymałości boku zęba na naprężenia stykowe. Do analizy wybrano dwa sposoby modyfikacji głowy zęba: z wykorzystaniem krzywej łączącej ewolwentę podstawową z ewolwentą głowy zęba oraz krzywej definiowanej. Analizę, z zastosowaniem metody elementów skończonych (MES), wykonano na modelach dwóch przekładni walcowych zaprojektowanych do badań stanowiskowych.
EN
In this paper influence of tip relief modification method on contact stresses for cylindrical gear mesh in the area of limited contact strength of tooth flank was scrutinized. Two methods of tip relief were tested: one with reference to the curve connecting the base involute with the involute of the tooth point and another to that of the defined curve. The investigation work with use of the finite element method (FEM) was performed on models of two cylindrical gear pairs, designed for laboratory tests.
W niniejszym artykule przedstawiono sposób uwzględniania okresowo zmiennego tłumienia w zazębieniu dla dynamicznego modelu walcowej przekładni zębatej. W tym celu zastosowano sztywnościowo - masowy model tłumienia. Wartość tłumienia została wyznaczona w oparciu o zredukowany model dynamiczny przekładni.
EN
This article presents a method to take into account periodically variable damping in intermeshing teeth for a dynamic model of helical gear. For this purpose, mass-spring damping model has been used. The damping value was determined on the basis of the reduced dynamic model.
Gear teeth are deformed due to the load. The deformation of gear teeth is causing some negative as well as positive effects. A tooth has a complex shape and due to the complex shape of the teeth, a theoretical determination of the deformation is difficult. The existing experimental techniques are based on static deflection measurements gearing loaded of constant force or seismic measurement deviations at slow rotation. Recently, at ever faster evolving computer technology and the available literature, we can encounter modern numerical methods, such as finite element method (FEM), which can serve as methods for the determination of teeth of gearing. The article is devoted to the problems of gearing stiffness analysis. The problem is solved for spur gears. Deformation analysis solved by FEM is used for calculations of the gearing stiffness. There are many influences that cause vibrations in the gearbox and that have to be taken into account already in the phase of design, manufacture, installation and operation. Detailed analysis of gearboxes manufacturers have shown that improving of the gear accuracy cannot reduce the transmission unit noise to the desired level. Only fundamental changes to the shape of the tooth and changes in production technology can achieve stronger noise reduction of gear mechanism.
Niewątpliwym zaletom, jakie posiadają symulacyjne metody badań modeli dynamicznych, towarzyszą również pewne niedoskonałości, na skutek których mogą wystąpić istotne rozbieżności pomiędzy przewidywanym (za pomocą symulacji) a faktycznym zachowaniem się obiektu rzeczywistego. Źródłem tych rozbieżności może być na przykład niedostateczna dokładność identyfikacji przebiegu sztywności zazębienia. Dlatego wydaje się niezmiernie istotnym dokonanie identyfikacji przebiegu sztywności zazębienia przekładni walcowej nie tylko w funkcji chwilowego kąta obrotu zębnika, ale także w funkcji jednostkowego obciążenia przekładni. Identyfikacja została przeprowadzona za pomocą modelu statycznego obciążenia pary zębatej z wykorzystaniem MES.
Istotne poprawienie efektywności działalności górniczej uzyskać można dzięki zwiększeniu wydajności, trwałości oraz niezawodności maszyn górniczych, zarówno urabiających, jak i transportujących tenże urobek. Rosnące wymagania, stawiane maszynom górniczym, niejednokrotnie skutkują koniecznością wprowadzenia do eksploatacji nowych konstrukcji kombajnów ścianowych oraz kombajnów chodnikowych. Jednocześnie poprawa wydajności maszyn urabiających wymusza wzrost zdolności transportowej przenośników zgrzebłowych ścianowych, podścianowych oraz taśmowych, co pociąga za sobą konieczność zwiększenia mocy ich jednostek napędowych. Warto zauważyć, że poprawa wydajności maszyn górniczych następuje nie tylko na skutek zwiększenia mocy jednostek napędowych oraz wymiarów maszyn roboczych, ale także dzięki wprowadzeniu nowych rozwiązań konstrukcyjnych. Wzrost zdolności transportowych, na przykład przenośnika zgrzebłowego, polegający tylko na zwiększeniu wymiarów w przekroju poprzecznym elementów trasy przenośnika bądź tylko na zwiększeniu prędkości łańcucha pociągowego, mógłby w dość istotnym stopniu utrudnić, a nawet uniemożliwić rozruch przenośnika. Ryzyko pojawienia się problemów z rozruchem przenośnika zmusza producentów do instalowania zespołów napędowych o większej mocy.
EN
Undoubtedly simulation methods of investigation of dynamic models behavior have some surpluses. Nevertheless, these methods are burdened by some limitations with the effect of significant disagreement between foreseen (by simulation) and an actual behavior of real objects. The source of these divergences it could be for example insufficient accuracy of the meshing stiffness identification.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie porównano wartości współczynnika dynamicznego Kv wyznaczonego wg metod A, B i C normy ISO 6336. Zgodnie z zaleceniem normy ISO 6336 do wyznaczenia tego współczynnika wg metody A wykorzystano równania ruchu dwóch modeli dynamicznych przekładni zębatej różniących się stopniem złożoności.
EN
In the paper, a comparison of values of dynamic coefficient Kv is presented. The coefficient values were calculated according to the A, B and C methods given in the standard ISO 6336. Based upon the recommendations formulated in the standard ISO 6336, this coefficient has been determined using the movement equations derived from two dynamic models of the gear which differ among themselves in the level of accuracy of modeling.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono analizę naprężeń kontaktowych przekładni zębatej walcowej o zębach prostych. Przeprowadzono analityczne obliczenia, wykorzystując zależności modelu Hertza. Do analizy MES zostało wykorzystane oprogramowanie Ansys 13 Workbench. Model 3D współpracujących elementów przekładni został zbudowany w środowisku Autodesk Inventor, natomiast moduł Design Modeler aplikacji Ansys Workbench 13 posłużył do jego modyfikacji. W konsekwencji przeprowadzonych obliczeń otrzymano graficzny obraz naprężeń kontaktowych dla współpracujących par zębów, wynik w niewielkim stopniu odbiega od obliczeń analitycznych.
EN
The paper presents analysis of the equivalent stress in matting area of spur gear with involute outline. 3D assembly drawing gear was built in the environment SolidEdge20. Analytical calculations were made using the Hertz model equation. Calculations were made in ANSYS 13 Workbench environment, using the module static structural. 3D model were built in Autodesk Inventor and Ansys 13 Workbech Design Modeler environment. Consequently, the calculations give a graphical picture of contact stresses for cooperating pairs of teeth, the result slightly deviates from the analytical calculations.
Artykuł przedstawia strategię ustalania kryteriów doboru modelu numerycznego do obliczeń wytrzymałościowych walcowej przekładni zębatej metodą MES. Rozważania dotyczą kół zębatych walcowych o zębach prostych, dlatego też możliwe było uproszczenie obliczeń przez, sprowadzenie ich do zagadnienia dwuwymiarowego. Dzięki takiemu uproszczeniu geometrii analizowane zagadnienie można zdefiniować jako płaski stan naprężenia, w którym modelem obliczeniowym jest przekrój poprzeczny koła zębatego, prostopadły do jego osi, utworzony na środku szerokości wieńca zębatego.
EN
The article presents the strategy for setting the criteria of selecting the numerical model for the cylindrical gear strength calculations with the use of FEM. As the discussion herein pertains to cylindrical gears of straight teeth, it was possible to simplify the calculations through reducing them to a two-dimensional issue. Thanks to this geometry simplification, the analyzed issue can be defined as a flat state of stress, in which the calculation model is the gear cross-section perpendicular to the gear axis, created in the middle of the toothed wheel ring width.
13
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Duża produktywność współczesnych procesów technologicznych wymaga dokładnych, trwałych i wytrzymałych narzędzi, które podołają warunkom obróbki na sucho w stanie utwardzonym, dużym prędkościom skrawania i posuwów. Bardzo duże wymagania stawiane są narzędziom do uzębień, których budowa i geometria, jak również warunki pracy, są szczególnie skomplikowane. W ramach niniejszego referatu nakreślone zostaną obszary postępu i tendencje w konstrukcji narzędzi skrawających do uzębień walcowych dotyczące w szczególności materiałów na narzędzia, narzędzi składanych i zespołowych, kinematyki kształtowania oraz sposobów chłodzenia.
EN
High productivity of modern manufacturing processes requires accurate, durable and tough tools, capable of dry machining of hardened material, high speeds and feeds. There are very high requirements for gear cutting tools, having exceptionally complex construction and geometry, as well as difficult work conditions. This paper will outline areas of advancement and trends in the design of machining tools for cylindrical gear cutting, focusing on: tool material, carbide insert and tandem tools, kinematics of profile generation and methods of cooling.
14
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono metodykę projektowania przekładni walcowych o zmieniającym się przełożeniu z uwzględnieniem uzębień zewnętrznych i wewnętrznych o prostej lub skośnej linii zęba. Uwzględniono aspekty technologiczne, które determinują algorytm obliczeń zarysów zębów. Wyniki niniejszego opracowania mogą stanowić podstawę do dalszego badania różnych konkretnych własności przekładni zębatych o zmieniającym się przełożeniu, analogicznie do prowadzonych badań przekładni zębatych walcowych i stożkowych. Przykładami mogą tu być zagadnienia związane z kinematyką i zastosowaniem przekładni specjalnego przeznaczenia, jak również zagadnienia wytrzymałościowe, dynamiczne, trybologiczne i inne.
EN
In this paper methods for designing of non-circular gears are presented, including internal and external gears with spur or helical teeth. Technology related issues that determine tooth profile calculation algorithm are described. The results presented in this paper can become groundwork for further investigations of other particular properties of non-circular gears, similar to investigations of spur, helical and bevel gears. Examples of such properties include kinematics and application of special purpose gears or issues related to strength, dynamics, tribology and others.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W referacie zaprezentowano wybrane wyniki prób obróbki wykończeniowej walcowych kół zębatych na frezarkach i centrach obróbczych CYC. Próby wykonywano z wykorzystaniem jednoostrzowego narzędzia specjalnego. Przeprowadzone badania potwierdziły możliwość obróbki kół zębatych walcowych w sianie zahartowanym. Wskazano niedostateczną wydajność procesu, jednocześnie określono drogę prowadzącą do dosunięcia tego problemu.
EN
Chosen results of research finish machning of gears using CNC miling machnines and machnining centers have been presented in the paper. Research has been made by single wedge special cutting tool. Executed investigations approved the possibility of hardened gears machining. One indicate insufficent production capacity and simultaneously one determine the way of the solution, this problem.
W opracowaniu przedstawiono nowy model fizyczny i matematyczny dwustopniowej walcowej przekładni walcowej o zębach śrubowych do badania wpływu parametrów konstrukcyjnych oraz eksploatacyjnych na stan dynamiczny przekładni. Zaproponowany model fizyczny zbudowano z zespołu dyskretnych elementów sprężystych, bezwładnościowych oraz elementów modelujących tłumienie. Na bazie modelu fizycznego wyprowadzono układ nieliniowych równań różniczkowych tworzących model matematyczny. Badania przeprowadzone na zaproponowanym modelu dynamicznym mają umożliwić ustalenie wpływu parametrów konstrukcyjnych i eksploatacyjnych jednego stopnia przekładni na zachowanie dynamiczne stopnia sąsiedniego tejże przekładni.
EN
In the paper there were presented new physical and mathematical models of a two-staged helical gear for determination of some constructional and exploitation parameters on gear dynamic behavior. Proposed dynamical model were achieved by discrete elements modeling stiffness, damping and inertia. On the basis physical model there was developed mathematical model consisted of nonlinear differential equations. The research carried out by means of these models should enable influence determination of some constructional and exploitation parameters of a gear stage on the other stage dynamic behavior.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Podano metodę autorską badania kinetyki zużywania zębów przekładni walcowych o zębach skośnych ewolwentowych. Na podstawe analizy matematycznej ustalono postać wyrażenia na prędkość poślizgu w dowolnym punkcie przyporu. W wyniku badań doświadczalnych zużywania się materiałów przekładni zębatej ustalono ich wskaźniki odporności na zużycie. Zostało przeprowadzone rozwiązanie numeryczne zagadnienia, w którego wyniku wyjawiono wpływ pochylenia linii zębów na prędkość poślizgu, maksymalne naciski stykowe oraz na zużycie zębów w wybranych punktach ich zarysów w ciągu jednej godziny pracy przekładni. Wzrost kąta pochylenia zębów powoduję nieznaczną zmianę prędkości poślizgu, natomiast naciski stykowe oraz zużycie zębów – maleją w znacznym stopniu przy jego zwiększeniu, a trwałość pracy przekładni – zauważalnie wzrasta.
EN
The author’s investigation method of the kinetics of cog wear of cylindrical transmissions with oblique evolvable cogs is presented. Based on kinematic analysis, the correlation for the determination of slide velocity in an arbitrary point of the contact of the cogs is established. According to the results of the experimental investigations of cogged transmission material wear, their characteristics of wear resistance are determined. The numerical solution of the problem was conducted, resulting in the determination of the influence of the cog inclination on slide velocity, maximal contact pressures and on cog wear in selected points of the gear during one working hour of the transmission. When the angle of the cog inclination is increased, slide velocity does not undergo great change, and contact pressures and cog wear are decreased, and longevity of transmissions work is being increased.
18
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Based on practical and analytical investigations, assembIy errors or manufacturing errors of worm gear even in mating of envelope surfaces can transform linear mating to point mating which can move to exterior part of worm wheel teeth surface. Due to this it can be a reason of hasten wear or brake of worm wheel teeth. Because of this, worm gear should be assembled and manufactured very accurate and possible to appearance errors thanks to special calculating programs should be use as parameters for localization contact and mating surface of worm gear elements.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono pakiet nowatorskich programów do projektowania typoszeregów przekładni stożkowo walcowych zgodnych z takimi normami jak PN-ISO 6336:2000 i ISO 10300:2001 oraz wymaganiami NATO typu AQAP (Allied Quality Assurance Publication). Składa się on z programów komputerowych dotyczących określenia struktury typoszeregu, projektowania wstępnego, obliczeń geometrycznych zazębienia i uzębienia oraz obliczeń sprawdzających. Mając do dyspozycji takie narzędzie inżynierskie, konstruktor ma możliwość dobrania optymalnych parametrów konstrukcyjnych pary kół zębatych walcowych i stożkowych o określonym kształcie zęba pod względem obciążenia ekstremalnego i stosowanych materiałów.
EN
Presented is a package of innovatory programmes intended to aid design work on the bevel/cylindrical gear transmission units complying with the standard specifications PN-ISO 6336:2000 and ISO 10300:2001 as well as with NATO requirements in the range of AQAP {Allied Quality Assurance Publication).
20
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this paper, the authors present methods for designing of non-circular gears, including internal and external gears with spur or helical teeth. Technology related issues that determine tooth profile calculation algorithm are described. The results presented in this paper can become groundwork for further investigations of other particular properties of non-circular gears, similar to investigations of spur, helical and bevel gears. Examples of such properties include kinematics and application of special purpose gears or issues related to strength, dynamics, tribology, etc.
PL
W artykule przedstawiono metodykę projektowania przekładni walcowych o zmieniającym się przełożeniu z uwzględnieniem uzębień zewnętrznych i wewnętrznych o prostej lub skośnej linii zęba. Uwzględniono aspekty technologiczne, które determinują algorytm obliczeń zarysów zębów. Wyniki niniejszego opracowania mogą stanowić podstawę do dalszego badania różnych konkretnych własności przekładni zębatych o zmieniającym się przełożeniu, analogicznie do prowadzonych badań przekładni walcowych i stożkowych. Przykładami mogą tu być zagadnienia związane z kinematyką i zastosowaniem przekładni specjalnego przeznaczenia, jak również zagadnienia wytrzymałościowe, dynamiczne, trybologiczne i inne.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.